Как звездная активность влияет на экзопланеты в системе TRAPPIST-1

Астрономы под руководством сотрудников Монреальского университета достигли значительного прогресса в понимании интригующей экзопланетной системы TRAPPIST-1, которая была впервые открыта в 2016 году на фоне предположений о том, что она может стать местом обитания человека.

Новое исследование не только проливает свет на природу TRAPPIST-1 b, экзопланеты, вращающейся по ближайшей к звезде системы орбите, но и показывает важность родительских звезд при изучении экзопланет.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Astrophysical Journal Letters, Великобритании и США, проливают свет на сложное взаимодействие между звездной активностью и характеристиками экзопланет.

Привлекли внимание

TRAPPIST-1, звезда, которая намного меньше и холоднее нашего Солнца и находится на расстоянии около 40 световых лет от Земли, привлекла внимание ученых и любителей космонавтики после того, как семь лет назад были открыты семь экзопланет земного размера. Эти миры, плотно упакованные вокруг своей звезды, причем три из них находятся в ее обитаемой зоне, подают надежды на обнаружение потенциально пригодной для жизни среды за пределами нашей Солнечной системы.

Под руководством докторанта iREx Оливии Лим исследователи использовали мощный космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для наблюдения TRAPPIST-1 b. Наблюдения проводились в рамках крупнейшей программы General Observers (GO) под руководством канадцев в течение первого года работы JWST. (В рамках этой программы также проводились наблюдения трех других планет системы TRAPPIST-1 c, g и h). Наблюдения TRAPPIST-1 b проводились во время двух транзитов — моментов прохождения планеты перед своей звездой — с помощью прибора NIRISS канадского производства на борту JWST.

Это самые первые спектроскопические наблюдения любой планеты TRAPPIST-1, полученные JWST, и мы ждали их уже много лет, — сказала Лим, главный исследователь программы GO.

Она и ее коллеги использовали метод просвечивающей спектроскопии, чтобы глубже заглянуть в далекий мир. Анализируя свет центральной звезды после прохождения через атмосферу экзопланеты во время транзита, астрономы могут увидеть уникальный отпечаток, оставленный молекулами и атомами, находящимися в этой атмосфере.

Небольшое подмножество

Это лишь небольшая часть многих других наблюдений этой уникальной планетной системы, которые еще предстоит проанализировать, — говорит Рене Дойон, главный исследователь прибора NIRISS и соавтор исследования.

Первые наблюдения подчеркивают возможности NIRISS и JWST в целом по исследованию тонких атмосфер вокруг каменистых планет.

Ключевым выводом астрономов стало то, насколько важны звездная активность и загрязнение при попытке определить природу экзопланеты. Под звездным загрязнением понимается влияние собственных особенностей звезды, таких как темные пятна и яркие факулы, на измерения атмосферы экзопланеты.

Команда нашла убедительные доказательства того, что звездное загрязнение играет решающую роль в формировании спектров пропускания TRAPPIST-1 b и, вероятно, других планет этой системы. Активность центральной звезды может создавать «призрачные сигналы», которые могут обмануть наблюдателя, заставив его думать, что он обнаружил ту или иную молекулу в атмосфере экзопланеты.

Этот результат подчеркивает важность учета звездного загрязнения при планировании будущих наблюдений всех экзопланетных систем, считают исследователи. Это особенно актуально для таких систем, как TRAPPIST-1, поскольку система сосредоточена вокруг красной карликовой звезды, которая может быть особенно активной, что сопровождается звездообразованием и частыми вспышками.

В дополнение к загрязнению от звездных пятен и факулов мы наблюдали вспышку на звезде — непредсказуемое событие, во время которого звезда выглядит ярче на несколько минут или часов, — говорит Лим.

Эта вспышка повлияла на наши измерения количества света, блокируемого планетой. Такие признаки звездной активности трудно моделировать, но нам необходимо их учитывать, чтобы правильно интерпретировать данные.

На основе собранных наблюдений JWST Лим и ее коллеги изучили ряд моделей атмосферы для TRAPPIST-1 b, рассмотрев различные возможные составы и сценарии.

Они пришли к выводу, что могут с уверенностью исключить существование безоблачной, богатой водородом атмосферы — другими словами, вокруг TRAPPIST-1 b нет четкой протяженной атмосферы. Однако полученные данные не позволяют с уверенностью исключить наличие более тонких атмосфер, например, состоящих из чистой воды, углекислого газа или метана, а также атмосферы, подобной атмосфере Титана — луны Сатурна и единственной луны в Солнечной системе, имеющей собственную атмосферу.

Эти результаты в целом согласуются с предыдущими (фотометрическими, а не спектроскопическими) наблюдениями JWST за TRAPPIST-1 b с помощью прибора MIRI. Новое исследование также доказывает, что канадский прибор NIRISS является высокоэффективным и чувствительным инструментом, способным проводить исследования атмосфер экзопланет земного размера на впечатляющем уровне.

26.09.2023